Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Hur är DNA som en bro? Denna fråga är inte ett gåta- eller logikspel, det är ett angelägenhet för Johannes Kalliauers doktorsavhandling.
Som student vid TU Wien i Österrike stod Kalliauer inför en monumental uppgift:att kombinera tillvägagångssätt från civilingenjör och teoretisk fysik för att bättre förstå de krafter som verkar på DNA.
Kalliauer, nu postdoc vid MIT Concrete Sustainability Hub, säger att han modellerade DNA som om det vore en stråle, med hjälp av molekylära dynamikprinciper för att förstå dess strukturella egenskaper.
"Mekaniken för mycket små föremål, som DNA-spiraler, och stora, som broar, är ganska lika. Var och en kan förstås i termer av newtonsk mekanik. Krafter och moment verkar på varje system och utsätter vart och ett för deformationer som vridning, sträckning, och skevhet", säger Kalliauer.
Som en artikel från TU Wien 2020 noterade, observerade Kalliauer ett kontraintuitivt beteende när han undersökte DNA på atomnivå. Till skillnad från en typisk fjäder som blir mindre lindad när den sträcks, observerades DNA bli mer sår när dess längd ökades.
I situationer som dessa där konventionell logik verkar gå sönder, litar Kalliauer på den intuition han har fått som ingenjör.
"För att förstå detta märkliga beteende i DNA vände jag mig till ett grundläggande tillvägagångssätt:jag undersökte vad som var samma sak med DNA och makroskopiska strukturer och vad som var annorlunda. Civilingenjörer använder metoder och beräkningar som har utvecklats under århundraden och som är mycket lika de jag anställde för mitt examensarbete", förklarar Kalliauer.
Som Kalliauer fortsätter, "Byggnadsteknik är en otroligt mångsidig disciplin. Om du förstår det kan du förstå atomistiska objekt som DNA-strängar och mycket stora som galaxer. Som forskare litar jag på att det hjälper mig att ta med nya synpunkter till områden som t.ex. biologi. Andra civilingenjörer kan och bör göra detsamma."
Kalliauer, som växte upp i en liten stad i Österrike, har ägnat sitt liv åt att tillämpa okonventionella metoder som detta över discipliner. "Jag växte upp i en mattefamilj. Även om ingen av oss var ingenjörer, ingav mina föräldrar en uppskattning för disciplinen hos mig och mina två äldre systrar."
Efter mellanstadiet gick Kalliauer på en teknisk skola för civilingenjör, där han upptäckte en fascination för mekanik. Han arbetade också på en byggarbetsplats för att få praktisk erfarenhet och se ingenjörskonst tillämpas i ett verkligt sammanhang.
Kalliauer studerade av intresse intensivt och arbetade uppemot 100 timmar per vecka för att bättre förstå kurser på universitetet. "Jag ställde många frågor till lärare och professorer och utmanade ofta deras idéer. Framför allt behövde jag förstå saker själv. Att klara sig bra på tentor var en sekundär fråga."
På universitetet studerade han ämnen som sträckte sig från bilkrocktester till betonggångjärn till biologi. Som ny medlem i CSHub studerar han hur översvämningar kan modelleras med den statistiska fysikbaserade modellen som tillhandahålls av funktionsteorin för gallerdensitet.
Genom att göra detta bygger han på arbetet från tidigare och nuvarande CSHub-forskare som Elli Vartziotis och Katerina Boukin.
"Det är viktigt för mig att den här forskningen har ett verkligt genomslag i världen. Jag hoppas att mitt förhållningssätt till ingenjörskonst kan hjälpa forskare och intressenter att förstå hur översvämningar sprider sig i urbana sammanhang, så att vi kan göra städer mer motståndskraftiga", säger han. + Utforska vidare
